玉研間歇氧濃度控制系統 | 阻塞性睡眠呼吸暫停造模的理想工具

一、阻塞型睡眠呼吸暫停綜合征（OSAS）

阻塞型睡眠呼吸暫停綜合征（OSAS）是一種發病率較高，有潛在危險性的慢性疾病，國外流行病學資料顯示在成人中的發病率為2~4%，反復慢性夜間間歇性缺氧、二氧化碳潴留、胸內壓劇烈波動、睡眠結構紊亂是OSAS特征性的主要病理生理改變。OSAS可對機體造成廣泛的損害，其中危害最大的是心、腦、血管損害，包括高血壓、冠心病、心律失常和誘發急性心、腦血管事件及認知障礙等。盡管對睡眠呼吸暫停綜合征引起心、腦、血管損害己有大量的臨床研究，但其確切的發生機制尚不清楚。

二、OSAS動物模型類型別和特點

對阻塞型睡眠呼吸暫停綜合征進行動物研究時，模型選擇較為重要，借助動物實驗，研究者可以從特征性的慢性間歇性缺氧、胸內壓變化、睡眠結構紊亂等角度進行研究。OSAS動物模型主要為三種：間歇缺氧模型、上氣道阻塞模型、片段睡眠模型。以下為相關文獻記載的三種方法及特點。

1、間歇缺氧模型

大多數OSAS并發癥及其機制相關研究的間歇缺氧動物模型中，實驗者往往會根據實驗具體需求及參考以往文獻調整造模參數。據以往OSAS患者心血管并發癥如動脈粥樣硬化、高血壓等研究文獻記載，最低氧濃度4%~6%，每日7h的間歇缺氧造模，4周后小鼠出現動脈粥樣硬化、糖耐量異常；最低氧濃度5%，每小時12個低氧循環，每日8h，21d后大鼠可出現高血壓；最低氧濃度4%～6%，低氧30s，每日7h，聯合高脂飲食6周后大鼠出現肝損傷；最低氧濃度6%~ 8%，每天8h，5周后大鼠可出現肺損傷。

特點：常選用大鼠、小鼠，可以模擬OSAS特征性間歇缺氧病理狀態和短時間內完成大量動物造模，目前已成為運用最為廣泛的造模方法。

2、上氣道阻塞模型

OSAS患者睡眠期間反復出現上氣道狹窄或塌陷，研究者們采用了上氣道阻塞等動物模型模擬該解剖學特點。選取成年雄性新西蘭白兔行氣管切開術后，于第3、4氣管環間插入插管前端，于第10、11氣管環間插入插管尾端，并于插管前端連接壓力傳感器，尾端連接呼吸流量記錄儀；將動物氣管切開術后在動物氣道內置入計算機調控的頸圈和氣道內連接電動揚聲器等；將帶活瓣的乳膠短管置于犬的氣管造口內，當睡眠開始時，由計算機自動啟動活瓣開關，造成氣道阻塞，并記錄睡眠期間犬的腦電圖及肌電圖。

特點：適用于大鼠、兔子、犬、豬等大動物，但其手術難度及動物模型存活率有待進一步驗證。

3、片段睡眠模型

OSAS患者夜間頻繁的呼吸暫停及呼吸不足導致患者睡眠時頻繁的覺醒，形成反復出現的覺醒-入睡-再覺醒的過程，片段睡眠現象(sleep fragmentation, SF)與全睡眠缺失或選擇性睡眠剝奪等研究模型不同，SF對睡眠的影響主要表現為反復出現的覺醒導致睡眠連續性中斷，進而破壞睡眠的整體結構。目前存在多種用于防止或破壞動物睡眠的設備及實驗方法。如1974年，Mendelson等的水中平臺法，動物進人REM睡眠期時肌肉松弛從而掉入水中覺醒、McCoy等的運動皮帶法、Perry等的水籠模型、2014年de Lecea等使用的光遺傳學方法等。

特點：因很多不同類型的睡眠障礙和神經系統疾病都伴有明顯的片段睡眠現象而非OSAS特有，該方法在OSAS動物模型建立中使用較少。

三、間歇氧濃度控制系統

近年，上海玉研儀器自主研發的間歇氧濃度控制系統已應用于國內多個實驗室并廣受好評。通過精確控制氣體濃度的輸出，實現任意氧濃度維持或多個氧濃度之間切換，可用于大、小鼠等實驗動物與氧濃度相關的各種實驗。氣體流量、濃度、時間等參數可調可控，同時呈現多個參數數據曲線，是進行間歇性缺氧實驗的理想工具，為目前市面上備受青睞的間歇缺氧造模設備之一。

 間歇氧濃度控制系統（S1007/S1008）

1、技術原理

系統主要分為五部分——惰性氣體鋼瓶、鼓風機、動物倉、控制系統、氧濃度傳感器。控制系統控制惰性氣體進入時間和鼓風機空氣進入時間以實現動物艙體內氧濃度維持時間。結合氧濃度傳感器實時反饋調整氣體進入時間及惰性氣體鋼瓶、鼓風機開關以共同調控動物倉內多個氧濃度之間切換。

詳注：①為惰性氣體（多為氮氣）開關，可調節氣體流速；②為鼓風機，可將空氣吹入低氧倉內；③為控制系統，控制惰性氣體和鼓風機空氣進入動物倉的時間；④為排風口；⑤為惰性氣體進入通道；⑥為空氣進入通道；⑦為動物倉，透明亞克力材質，氧濃度傳感器置于動物倉實時監測倉內氧濃度變化進行反饋調節。

2、主要功能特色

ü 間歇氧濃度控制模式：設置氧上限和氧下限和維持時間，工作時使氧氣濃度在一定時間內從設置的氧上限下降至設置的氧下限，維持所需時間，而后從氧下限爬升至氧上限，維持所需時間，按此流程循環工作。 

ü 恒定氧濃度控制模式: 恒定氧濃度工作模式下，系統將長時間維持暴露箱內的氧濃度在設定值，此模式可用于其他小動物的缺氧或富氧實驗。

ü 多段控氧濃度控制模式：多段控氧允許設置最多4個不同氧濃度和的階段維持所需時間，每個階段的時間最長可達24h，工作時將在設置的各氧濃度階段切換循環運行。

3、動物倉特點

? 箱體加固設計，采用高透光度的亞克力材質制作，密封性好，可以無死角觀察到老鼠的狀態

? 標配溫度、濕度檢測模塊，可實時監測艙體內部環境，保障動物生存質量

? 標配雙回流風扇加快空氣混勻，保障箱體內各暴露位置的氧氣濃度均勻一致

? 可定制特殊款式和尺寸的暴露箱，適配不同動物數量，滿足實驗室的特殊需求

四、應用案例

間歇性缺氧（IH）是阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（OSAS）的核心病理特征，而胰島素抵抗（IR）是OSAS最常見的代謝并發癥。之前研究表明，脂肪細胞主要通過脂肪分解釋放的游離脂肪酸（FFA）水平在OSAS中升高，并在IR的發生發展中起重要作用。但IH是否以及如何調節OSAS中的脂肪細胞脂肪分解尚不清楚。Xiuji Huang等人發表在cell death discovery的文章“Intermittent hypoxia-induced METTL3 downregulation facilitates MGLL-mediated lipolysis of adipocytes in OSAS“的研究發現OSAS患者呼吸暫停低通氣指數與血清FFA水平和脂肪細胞FFA釋放呈正相關。IH通過下調METTL3水平促進脂肪分解和脂肪細胞FFA釋放。METTL3下調削弱了MGLL mRNA中N6-甲基腺苷（m6A）水平，降低了MGLL表達，從而促進脂肪分解。數據顯示OSAS 患者脂肪組織中METTL3水平降低，MGLL 水平升高，并表明 METTL3 有助于降低 FFA 水平并改善慢性IH大鼠的IR，為OSAS中IR的發展和治療提供了新的見解。

文中采用上海玉研科學儀器公司提供的間歇性氧環境控制系統建立慢性間歇性缺氧（CIH）模型模擬阻塞性睡眠呼吸暫停綜合征（OSAS）特征。具體實方法為：12只成年雄性SD大鼠隨機分為三組：常氧對照組(NC)、IH 組(IH)和IH+METTL3 組 (IM)。大鼠喂食標準飲食并保持12 h光照/黑暗時間表(08.00 h–20.00 h)。IH 治療從上午 8:00 到下午4:00每天8 h，持續28 d，氧濃度在21%和5%之間循環切換，周期為60 s。NC組和IH組大鼠注射對照腺病毒，IM組大鼠分別于第1、8、15、22天注射METTL3腺病毒。第29天檢測空腹血糖（FBG）及血清FFA、尿素和肌酐水平，并進行葡萄糖耐量試驗（GTT）和胰島素耐量試驗（ITT）。’

間歇性缺氧動物艙和大鼠CIH模型構建

五、部分用戶名單

六、部分發表文獻

1. Wu, Dan-Dan et al. “STING mediates SU5416/hypoxia-induced pulmonary arterial hypertension in rats by regulating macrophage NLRP3 inflammasome activation.” Immunobiology vol. 228,2 (2023): 152345. doi:10.1016/j.imbio.2023.152345

2. Gu, Hong et al. “Orexin-A Reverse Bone Mass Loss Induced by Chronic Intermittent Hypoxia Through OX1R-Nrf2/HIF-1α Pathway.” Drug design, development and therapy vol. 16 2145-2160. 5 Jul. 2022, doi:10.2147/DDDT.S363286

3. Huang, Xiuji et al. “Intermittent hypoxia-induced METTL3 downregulation facilitates MGLL-mediated lipolysis of adipocytes in OSAS.” Cell death discovery vol. 8,1 352. 6 Aug. 2022, doi:10.1038/s41420-022-01149-4

4. Cao, Jing, et al. "Effect and mechanism of vascular endothelial growth factor-A on pulmonary vascular remodeling in neonatal rats with hypoxic pulmonary hypertension." Zhongguo Dang dai er ke za zhi= Chinese Journal of Contemporary Pediatrics 23.1 (2021): 103-110. doi:10.7499/j.issn.1008-8830.2009005

5. Ma, Lijuan et al. “Intermittent hypoxia induces tumor immune escape in murine S180 solid tumors via the upregulation of TGF-β1 in mice.” Sleep & breathing = Schlaf & Atmung vol. 25,2 (2021): 719-726. doi:10.1007/s11325-020-02166-2

6. 郭鑫 , and 李明霞 . " 血小板源性生長因子 -BB 對缺氧性肺動脈高壓新生大鼠肺血管重塑的影響及機制研究 ." 中國當代兒科雜志 25.4: 407-414.

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